專(zhuān)利名稱(chēng):可減少堆芯鈾裝量的醫(yī)用同位素生產(chǎn)堆的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種 核反應(yīng)堆，具體涉及醫(yī)用同位素生產(chǎn)堆的堆芯優(yōu)化。
背景技術(shù)：
醫(yī)用同位素生產(chǎn)堆是一種溶液型核反應(yīng)堆。目前國(guó)際上運(yùn)行的溶液堆的堆功率為20 50 kW，最高功率為50kW，堆溶液體積較小(〈20L)，在此功率下，溶液堆具有固有安全性，即無(wú)論堆芯進(jìn)水稀釋還是蒸發(fā)失水濃縮都引入負(fù)反應(yīng)性。在外電源斷電，控制棒拒動(dòng)下，靠溶液溫度升高引入負(fù)反應(yīng)性，使堆降功率與自然散熱功率相平衡，此時(shí)燃料溶液不沸騰。
目前，醫(yī)用同位素生產(chǎn)堆采用的燃料溶液為硝酸鈾酰+輕水混合的水溶液，這種燃料溶液的缺陷在于由于輕水對(duì)中子慢化的能力很強(qiáng)，堆芯很小，就已經(jīng)達(dá)到了所需要的后備反應(yīng)性，如果功率較高，則堆芯不能穩(wěn)定運(yùn)行，如果加大堆芯，則需要增加鈾裝量，還需增加吸收體以抑制后備反應(yīng)性；若改為硝酸鈾酰+重水，則由于重水對(duì)中子慢化的能力比輕水差，因而需要裝大量的重水，造成堆芯體積太大，在提取同位素時(shí)，由于濃度低，吸附能力差，因而同位素產(chǎn)量低。
為了提高醫(yī)用同位素的產(chǎn)量，必須提高溶液堆的堆功率，若提高堆功率，溶液體積就要變大。從堆冷卻、堆功率穩(wěn)定運(yùn)行以及堆溶液內(nèi)單位體積氣泡產(chǎn)生量不能過(guò)大，以免造成堆溶液體積膨脹的角度考慮，堆溶液?jiǎn)挝惑w積比功率應(yīng)在2. O 2. 5kw/L。若溶液的U-235濃度不變，必然使堆的過(guò)剩反應(yīng)性太大；若降低溶液的U-235濃度，就滿(mǎn)足不了堆溶液進(jìn)水或失水都引入負(fù)反應(yīng)性的要求。
經(jīng)大量計(jì)算發(fā)現(xiàn)，扁平堆芯(高徑比O. 3^0. 7)可滿(mǎn)足堆溶液進(jìn)水或失水都引入負(fù)反應(yīng)性的要求，但是，目前的堆芯采用輕水做反射層，具有控制棒導(dǎo)管和堆芯冷卻管，堆芯冷卻管有兩種布置方案1.均勻布置(冷卻管環(huán)狀均勻布置在堆芯與堆容器之間)；2.輻射布置(冷卻管從堆芯向外，里密外疏環(huán)狀輻射布置)，控制棒導(dǎo)管和冷卻管均為中子吸收體，布置離堆芯越近，吸收的中子越多，反應(yīng)性損失越大，需要的裝鈾量越大。200kW的堆要求溶液體積為100L左右，在具有大量冷卻管和控制棒導(dǎo)管時(shí)，堆溶液體積才能接近或達(dá)到100L，使得堆溶液裝鈾量較大(3. 6^4. O公斤)，很不經(jīng)濟(jì)。
目前，國(guó)際上還沒(méi)有200 kff以上的溶液堆運(yùn)行，因此，提供一種既可減少U-235裝量，又能滿(mǎn)足堆溶液體積要求，并在堆溶液進(jìn)水或失水時(shí)都可引入負(fù)反應(yīng)性的醫(yī)用同位素生產(chǎn)堆很有必要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于對(duì)醫(yī)用同位素生產(chǎn)堆的堆芯進(jìn)行優(yōu)化，提供一種可減少堆芯鈾裝量的醫(yī)用同位素生產(chǎn)堆。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種可減少堆芯鈾裝量的醫(yī)用同位素生產(chǎn)堆，包括布置在堆容器內(nèi)裝有燃料溶液并具有堆芯冷卻管的堆芯、布置在堆容器外的堆芯反射層，其特征在于裝在堆容器內(nèi)的燃料溶液，為硝酸鈾酰與重水和輕水混合的水溶液，該燃料溶液中重水的體積為50 70%，輕水的體積為30 50%，所加硝酸鈾酰的濃度為24 34g U/L ;所述堆芯反射層采用石墨層；所述堆芯冷卻管向外集中靠近堆容器內(nèi)壁呈環(huán)狀布置；堆芯無(wú)控制棒導(dǎo)管。
其附加特征在于
所述布置在堆容器內(nèi)的堆芯冷卻管，向外集中并呈環(huán)狀布置在靠近堆容器內(nèi)壁的O 15cm之間。
本發(fā)明的效果在于由于燃料溶液采用硝酸鈾酰與重水和輕水的混合液，減少了輕水的過(guò)慢化能力，既增大了堆芯溶液的體積和高度，但又不會(huì)過(guò)大增加U-235裝量；堆芯冷卻管向外集中布置，減小了反應(yīng)性的損失，減小了堆芯鈾裝量；將堆芯輕水反射層改為石墨反射層并取消控制棒導(dǎo)管，減少了 U-235裝量；由于高濃鈾用量的減少，減少了料液中的氮含量和輻射分解鈾酰的水解，有利于提取醫(yī)用同位素"Mo。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的可減少堆芯鈾裝量的醫(yī)用同位素生產(chǎn)堆，采用如下措施對(duì)目前運(yùn)行的醫(yī)用同位素生產(chǎn)堆的堆芯進(jìn)行優(yōu)化
I燃料溶液采用硝酸鈾酰與重水和輕水的混合液如果采用硝酸鈾酰+輕水，堆容器直徑較大，而堆芯溶液體積和高度較小，對(duì)冷卻不利，因而采用硝酸鈾酰與重水和輕水的混合液，以減少輕水的過(guò)慢化能力，增大堆芯溶液體積和高度；
2.將堆芯輕水反射層改為石墨反射層由于石墨比輕水吸收中子少，增大了后備反應(yīng)性，可降低堆芯鈾裝量；
3堆芯冷卻管采用向外集中布置(冷卻管遠(yuǎn)離堆芯，向外集中靠近堆容器內(nèi)壁環(huán)狀布置)，減小反應(yīng)性的損失，減小堆芯鈾裝量；
4.取消控制棒導(dǎo)管由于堆的開(kāi)啟和停堆可用堆芯溶液體積的液位高度來(lái)控制，所以可不布置控制棒導(dǎo)管，堆芯無(wú)控制棒導(dǎo)管，可進(jìn)一步降低堆芯鈾裝量。
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述
一種醫(yī)用同位素生產(chǎn)堆，堆功率200kW。堆容器內(nèi)徑700mm，堆容器壁厚10mm，堆芯布置在堆容器內(nèi)，無(wú)控制棒導(dǎo)管。堆芯裝有燃料溶液，燃料溶液為硝酸鈾酰與重水和輕水混合的水溶液，硝酸鈾酰濃度為24 34g U/L，重水體積為50 70%，輕水體積為30 50% ;堆芯反射層為石墨反射層，布置在堆容器外；堆芯冷卻管向外集中并呈環(huán)狀布置在靠近堆容器內(nèi)壁的O 15cm之間。
經(jīng)核計(jì)算，當(dāng)燃料溶液為濃度24 34g U/L的硝酸鈾酰、重水體積為50 70%、輕水體積為30 50%時(shí)，堆芯均能滿(mǎn)足進(jìn)水稀釋或蒸發(fā)失水濃縮引入負(fù)反應(yīng)性的要求。
核計(jì)算結(jié)果如表一、表二、表三所示。堆芯優(yōu)化后對(duì)于減少堆芯鈾裝量的效果如表四所示。
表一(70%D20+30%H20)
權(quán)利要求
1.ー種可減少堆芯鈾裝量的醫(yī)用同位素生產(chǎn)堆，包括布置在堆容器內(nèi)裝有燃料溶液并具有堆芯冷卻管的堆芯、布置在堆容器外的堆芯反射層，其特征在干裝在堆容器內(nèi)的燃料溶液，為硝酸鈾酰與重水和輕水混合的水溶液，該燃料溶液中重水的體積為50 70%，輕水的體積為30 50%，所加硝酸鈾酰的濃度為24 34g U/L ;所述堆芯反射層采用石墨層；所述堆芯冷卻管向外集中靠近堆容器內(nèi)壁呈環(huán)狀布置；堆芯無(wú)控制棒導(dǎo)管。
2.按照權(quán)利要求
I所述的可減少堆芯鈾裝量的醫(yī)用同位素生產(chǎn)堆，其特征在于所述布置在堆容器內(nèi)的堆芯冷卻管，向外集中并呈環(huán)狀布置在靠近堆容器內(nèi)壁的(Tl5cm之間。
專(zhuān)利摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種可減少堆芯鈾裝量的醫(yī)用同位素生產(chǎn)堆，該醫(yī)用同位素生產(chǎn)堆的燃料溶液為濃度24~34gU/L的硝酸鈾酰與體積為50～70%的重水和體積為30～50%的輕水混合的水溶液。堆芯反射層采用石墨做反射層；堆芯無(wú)控制棒導(dǎo)管；堆容器中的堆芯冷卻管向外集中并呈環(huán)狀布置在靠近堆容器內(nèi)壁的0~15cm之間。本發(fā)明的醫(yī)用同位素生產(chǎn)堆既減少了鈾裝量，又滿(mǎn)足了堆芯進(jìn)水稀釋或蒸發(fā)失水濃縮引入負(fù)反應(yīng)性的要求。
文檔編號(hào)G21G1/02GKCN102831946SQ201110160629
公開(kāi)日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2011年6月15日
發(fā)明者吳英華, 李大圖 申請(qǐng)人:中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan